CN114514688A - 一种控制发电单元的提升后的电力输出的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种控制发电单元(18，21)的电力输出的方法。预报发电单元(18，21)在预先定义的时间间隔期间的累积电力输出。在预先定义的时间间隔期间测量发电单元(18，21)的实际电力输出，在预先定义的时间间隔中基于测得的发电单元(18，21)的实际电力输出来估算实际累积电力输出。得出预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异。在估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出并且预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异大于预先定义的阈值的情况下，提升发电单元(18，21)的电力输出。

Description

一种控制发电单元的提升后的电力输出的方法
技术领域
本发明涉及一种控制诸如风力涡轮机之类的发电单元的电力输出的方法。更特别的是，根据本发明的方法确保在不过度加载发电单元的情况下达到预报出的电力输出。此外，本发明还涉及一种包括至少一个发电单元的可再生发电厂，该发电单元是按照这种方法控制的。
背景技术
输电系统运营商对电网的负载需求和/或产能(power production)进行预报，以确保供应和需求的可靠性，作为运营电力系统的基础。为了让输电系统运营商适当地管理电网，诸如风电场业主之类的电力市场上的独立发电商必须向输电系统运营商提供预报，内容是独立发电商预期在预先定义的未来时间间隔期间能够向电网提供的累积产能。如果没有达到预报值，则独立发电商往往会受到输电系统运营商的处罚。
因此，独立发电商对于提供按照电力的预报的实际产出的电力有重大关切。电力的预报与实际产出的电力之间的差异有时被称为预报误差。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种控制发电单元的电力输出的方法，在该方法中，在不对发电单元造成过度疲劳负载的情况下减少预报误差。
根据第一方面，本发明提供了一种控制发电单元的电力输出的方法，该方法包括以下步骤：
预报发电单元在预先定义的时间间隔期间的累积电力输出，
测量发电单元在预先定义的时间间隔期间的实际电力输出，
基于测得的发电单元的实际电力输出来估算预先定义的时间间隔中的实际累积电力输出，
得出预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异，以及
在估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出、并且预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异大于预先定义的阈值的情况下，提升(boost)发电单元的电力输出。
因此，根据第一方面，本发明提供了一种控制发电单元的电力输出的方法。在本文中，应当将术语“发电单元”解释为能够产出电力的单元，并将产出的电力中的全部或部分供应给电网。发电单元可以是诸如风力涡轮机、光伏电池等的可再生发电单元。
在本文中，应当将术语“电网”解释为从产出者向消费者输送电力的互连电气网络。此外，电网可以有不同的拓扑结构。这种拓扑结构的示例有，例如，径向(radial)电网和网状(meshed)电网。
在根据本发明第一方面的方法中，最初预报发电单元在预先定义的时间间隔期间的累积电力输出。因此，所估算的是，发电单元预期能够在特定未来时间间隔期间向电网供应多少能量。它可以，例如，基于给定的一组预期条件，例如环境条件，诸如气象预报、发电单元的疲劳水平、输电系统运营商的要求等。
气象预报可以是对给定的地点和时间的大气条件的预测。此外，气象预报可能取决于一些变量，诸如温度、气压、湿度、降水、风速、风向、太阳辐射等。
疲劳水平是材料中因为应力的反复变化而产生的弱点的量度。遭受反复负载的部件，例如以弯曲的形式，诸如风力涡轮发电机的转子叶片、塔架、传动系统等，会形成疲劳水平，最终可能导致部件的损坏或断裂。部件通常被设计成有特定的使用寿命，部件的疲劳水平最好与它目前的“年龄”相对应。如果一个部件的疲劳水平高于预期，则应当减少该部件的疲劳负载。另一方面，如果一个部件的疲劳水平低于预期，则这个部件可以在不减少预期寿命至低于设计寿命的情况下增加负载。
预先定义的时间间隔可以由从几分钟到几天不等的不同时间尺度定义。例如，预先定义的时间间隔可以有数小时的持续时间，如1-10小时。预先定义的时间间隔可以立即开始，也可以是未来的时间间隔，例如即将到来的一个星期。
接下来，测量发电单元在预先定义的时间间隔期间的实际电力输出。测量可以通过直接测量来执行，例如借助于电力计。作为备选，电力输出可以从测量其他参数中得出，这些参数可以被测量。例如，通过测量发电单元的电压和电流，可以得出电力输出。
因此，在预先定义的时间间隔期间监测由发电单元实际产出并向电网提供的电力输出，并且优选地根据预报出的累积电力输出进行审查，以便确定产出的电力输出是否符合预报。
接下来，基于测得的发电单元的实际电力输出来估算预先定义的时间间隔中的实际累积电力输出。在本文中，应当将术语“实际累积电力输出”解释为对发电单元在预先定义的时间间隔期间的预期总产能的估算，即预期发电单元在整个预先定义的时间间隔期间能够产出的总电力的量。这种估算基于由发电单元在预先定义的时间间隔期间产出的实际电力来执行。因此，在预先定义的时间间隔内的一个时间点，即在预先定义的时间间隔开始后但在预先定义的时间间隔结束前执行估算，它是基于到目前为止已经产出的电力，以及在执行估算时提供的产能。
在预先定义的时间间隔期间的任何特定时间，可以从测得的发电单元的实际电力输出中得出自预先定义的时间间隔的开始以来已经产出的累积电力。然后，可以通过估算发电单元在预先定义的时间间隔的剩余部分期间预期会产出多少电力并将其与已经产出的电力相加来估算整个预先定义的时间间隔的实际累积电力输出。估算出的部分可以，例如，等于预报出的累积电力输出的部分，其与预先定义的时间间隔的剩余部分相对应。
备选地或附加地，对预先定义的时间间隔的剩余部分的实际累积电力输出的估算可以，例如，取决于气象预报，即对预先定义的时间间隔的剩余部分期间在发电单元区域和周围的诸如温度、气压、湿度、降水、风速、风向等预期气象条件的气象预报。
在发电单元是风力涡轮发电机的情况下，发电量取决于风况，特别是风速和风向。因此，与风力涡轮发电机的位置处的风速和风向有关的气象预报对预报风力涡轮发电机的实际累积电力输出可能很重要。例如，如果预期风速较低，则预期产能也较低，而预期风速高于额定风速会导致预期产能与额定功率相对应。此外，预期风速高于切出风速会导致预期零产量，因为在这种情况下，风力涡轮机将不得不停机。
也可以考虑其他相关因素，这些因素预期会影响在预先定义的时间间隔的剩余部分期间的产能。
因此，估算出的实际累积电力输出是发电单元在整个预先定义的时间间隔期间的预期总电力输出的量度，但该量度将自预先定义的时间间隔的开始以来已经产出的电力考虑在内。离预先定义的时间间隔的结束的时间越近，预期估算出的实际累积电力就越准确。
接下来，得出预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异。预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异是预期总产能与预报出的产能有多大差别的量度。因此，该差异可以表明估算出的实际累积电力输出与预报出的累积电力输出有多大的差距，从而表明是否可以预期在预先定义的时间间隔内满足预报。此外，该差异表明估算出的累积电力输出是高于还是低于预报出的累积电力输出。
在估算出的实际累积电力输出大于预报出的累积电力输出的情况下，预期总产能高于预报出的，因此存在产能的过剩。因此，除非有所改变，否则可以预期的是，发电单元在预先定义的时间间隔结束时提供的总电力输出高于预报出的。在这种情况下，发电单元可以简单地继续以一直以来操作其的方式操作，从而达到比预报出的更大的累积电力输出，并且过剩产能可以按市场价格出售。
作为备选，可以操作发电单元以在预先定义的时间间隔的剩余部分期间提供减少的产能，从而达到更接近预报出的累积产能的累积产能。这导致发电单元上的减少的磨损和疲劳负载，从而可能延长发电单元的预期寿命。此外，这也可以允许以在不使发电单元的寿命减少到设计寿命以下的情况下增加疲劳水平的方式操作发电单元，例如，以便增加产能，如果以后需要的话。
此外，以减少的产能操作发电单元允许发电单元具有旋转备用(spinningreserve)，该旋转备用是通过增加发电单元的电力输出而可用的额外发电能力。这样的旋转备用是有价值的，因为输电系统运营商愿意为发电商使旋转备用可用而付钱，因为可以激活旋转备用，以便支持电网，例如在电网中的故障或突发事件的情况下。
在估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出的情况下，预期总产能低于预报出的，因此在产能中存在差距，可能无法实现预报出的电力输出。如上所述，这可能会导致惩罚，特别是如果差异很大的话。因此，在这种情况下，在预先定义的时间间隔的剩余部分期间增加产能是有利的，以便避免惩罚，并以便履行对电网的义务。
因此，该差异是对预报出的累积电力输出与估算出的发电单元在预先定义的时间间隔结束时的实际累积电力输出之间的预期差异的量度，并提供关于是否可能就整个预先定义的时间间隔而言达到预报出的电力输出的指示。
最后，在估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出并且预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异大于预先定义的阈值的情况下，提升发电单元的电力输出。
如上所述，如果预报出的累积电力输出与预先定义的时间间隔结束时的实际累积电力输出之间存在很大的差距，这可能会导致惩罚。此外，如果估算出的实际累积电力输出远低于预报出的累积电力输出，这就表明实际累积电力输出不会达到预报出的累积电力输出，因此有可能会产出惩罚。
因此，为了避免这些惩罚，当这种情况发生时，可以在预先定义的时间间隔的剩余部分期间提升发电单元的电力输出，如果估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出，并且该差异大于预先定义的阈值，就属于这种情况。因此，预先定义的阈值定义预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异的大小的上限，该上限代表在触发/开始发电单元的提升之前的最大可接受差距。例如，阈值可以代表不会导致惩罚或者只导致可接受的惩罚的差距。
因此，确保在提升发电单元的电力输出之前，该差异必须足够大。因此，只有在差异过大时才会提升发电单元的电力输出。因此，可以履行对电网的义务，并可以避免惩罚。
提升操作配置有在预先定义的阈值周围的迟滞(hysteresis)或者应用在提升操作上的定时器。迟滞可以是零或非零，定时器也可以是零或非零。使用迟滞或定时器的目的是确保提升操作不会带来电厂电力输出的突然连续增加和减少，这可能会对电网造成干扰。
在本文中，应当将术语“发电单元的电力输出的提升”解释为将发电单元的电力输出提升至高于通常的最大允许电力输出。在发电单元是风力涡轮发电机的情况下，提升后的电力输出可以对应于使风力涡轮发电机从风中提取电力的高于最大电力输出的电力输出，例如高于额定电力输出，其中风力涡轮发电机经历增加的负载，这在最初的设置中是不允许的。
因此，只有在估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出并且预报出的累积电力和估算出的实际累积电力输出之间的差异高于阈值的情况下，才会提升发电单元的电力输出。
有利的是只有在需要时才提升发电单元的电力输出，因为由此确保对电网的义务得到履行，并且可以避免惩罚，而不会对发电单元造成过度疲劳负载。差别是表明是否有可能达到预报出的电力输出的快速和可靠的方式。此外，由于基于在预先定义的时间间隔过去之前获得的估算出的实际累积电力输出做出关于是否提升电力输出的决定，因此有可能避免预报错误，因为可以在预先定义的时间间隔的剩余部分中提高产能，从而缩小实际产能与预报之间的差距。
在预期总产能高于预报出的情况下，过剩产能可以按市场价格出售，或者可以在预先定义的时间间隔的剩余部分期间操作发电单元以提供减少的产能，从而延长发电单元的预期寿命。通过减少发电单元的电力输出，允许发电单元具有旋转备用，在负载与发电之间存在不平衡的情况下，可以由输电系统运营商使用该旋转备用。在预期总产能低于预报出的情况下，在预先定义的时间间隔的剩余部分期间提升发电单元的电力输出。因此，发电单元能够在预先定义的时间间隔期间提供电力输出，这与发电单元在同一预先定义的时间间隔期间的预报出的累积电力输出相一致，这反过来允许减少预报误差。
发电单元可以是风力涡轮发电机。风力涡轮发电机是将由风产出的机械旋转动力转换为电能的发电单元。风力涡轮发电机通常具有携带机舱的塔架，机舱携带转子和一组安装在其上的风力涡轮机叶片。机舱可以包括诸如发电机、电力电子装置等电气装置。机舱可以进一步安装在塔架的顶部，但也可以安装在塔架的其他部分，例如，在风力涡轮机是包括两个或更多转子的多转子风力涡轮机的情况下。风力涡轮发电机可以是独立的风力涡轮发电机，或者其可以构成包括两个或更多风力涡轮机发电机的风电场的一部分。备选地，发电单元可以是诸如一个或多个光伏电池、水力发电单元等另一种可再生发电单元的形式。
预报累积电力输出的步骤可以基于风力涡轮发电机的位置处的气象预报。气象预报可以是对风力涡轮发电机的位置处和预先定义的时间间隔期间的大气条件的预测。此外，气象预报可能取决于诸如温度、气压、湿度、降水、风速和风向、太阳辐射等一些变量。
对于风力涡轮发电机，产能取决于天气条件，特别是诸如风速和风向之类的风况。因此，与风力涡轮发电机的位置处的风速和风向有关的气象预报对于预报风力涡轮发电机的累积电力输出可能很重要。因此，将这种预报建立在预测现场和有关时间间隔期间的天气状况的气象预报上是一种优势。
提升电力输出的步骤可以包括改变风力涡轮发电机的变桨控制策略。变桨控制策略的目的是控制风力涡轮机叶片的桨距角，即风力涡轮机叶片围绕相对于风力涡轮机叶片纵向布置的轴线的角度位置，以便实现一定的电力输出并遵循给定的功率曲线。改变桨距角可以改变风力涡轮机叶片与入射风之间的攻角，从而改变风力涡轮机从风中提取能量的能力。
通过改变风力涡轮发电机的变桨控制策略，按照改变后的功率曲线来控制桨距。例如，可以选择变桨控制策略，在该变桨控制策略中，在高于额定风速的风速下，以高于设计额定功率操作风力涡轮机，从而提高产能。为了达到这个目的，必须选择更积极的变桨策略，使风力涡轮机叶片更多地旋转到风中。这将会导致风力涡轮机上的负载增加，这在最初的设置中是不允许的。然而，这是可以接受的，因为其只在有限的时间间隔期间发生。
备选地或附加地，也可以改变风力涡轮发电机的变桨控制策略，以扩展风力涡轮发电机的切出风速(cut-out wind speed)。切出风速是这样的风速，风力涡轮机的转子在该风速处通过将叶片变桨出风来停止，以避免来自大风的损害。通过扩展风力涡轮发电机的切出风速，可以在高风速下，在将风力涡轮机叶片变桨出风之前在更长时间中从风中提取能量，从而提升所产出的电力的量。
因此，改变风力涡轮发电机的变桨控制策略是提升风力涡轮发电机的电力输出的合适方式。
备选地或附加地，提升电力输出的步骤可以包括改变发电机控制策略。发电机控制策略的目的是控制发电机扭矩和/或发电机的转速，以便实现一定的电力输出并遵循给定的功率曲线。发电机扭矩是指在特定转速下作用在发电机轴上的转动和扭转力，发电机的转速是发电机轴转动的角速度。因此，可以通过适当控制发电机的扭矩和/或转速来控制产能。
通过改变风力涡轮发电机的发电机控制策略，按照改变后的扭矩-速度曲线来控制发电机扭矩。例如，可以选择发电机控制策略，其中以增加的发电机扭矩操作风力涡轮发电机，从而增加产能。为了达到这个目的，可以增加馈送到风力涡轮发电机的转子的电流，从而增加磁场。磁场发出使发电机轴转动的扭矩，从而提升所产出的电力的量。
发电单元可以构成包括两个或更多的可再生发电单元的可再生发电厂的一部分，可再生发电厂耦连至电网。在本文中，应当将术语“可再生发电厂”解释为两个或更多诸如风力涡轮机、光伏电池等可再生发电单元的集合，该可再生发电单元布置在有限的地理区域内，并可共享诸如通路、通信网络、变电站、电力电子装置、电网连接等各种形式的基础设施。
根据这个实施方式，发电单元在预先定义的时间间隔期间的累积电力输出的预报可以是可再生发电厂的各个发电单元的预期产能。在这种情况下，为每个发电单元预报累积电力输出，并且控制每个发电单元以提供满足相应发电单元的预报出的累积电力输出的电力输出。
备选地或附加地，发电单元在预先定义的时间间隔期间的累积电力输出的预报可以是整个可再生发电厂的预期产能。在这种情况下，例如，基于各个发电单元的预报来为整个可再生发电厂预报累积电力输出。然后可以以这样的方式控制可再生发电厂的发电单元，以获得可再生发电厂的总电力输出，该总电力输出符合整个可再生发电厂的预报出的累积电力输出。
可再生发电厂可以包括发电厂控制器，发电厂控制器配置为控制可再生发电厂内的各个发电单元的电力输出。因此，发电厂控制器与每个可再生发电单元进行通信连接。发电厂控制器可以进一步与电网进行通信连接。发电厂控制器可以基于来自电网的要求来得出每个可再生发电单元的控制信号，例如包括电力设定点，以便确保整个可再生发电厂，即所有可再生发电单元的组合，满足电网的要求。因此，发电厂控制器确保来自各个发电单元的贡献加起来达到可再生发电厂的总要求产量。
当可再生发电站包括这样的发电厂控制器时，可以有利地由发电厂控制器执行至少一些上述的方法步骤。因此，在这种情况下，发电厂控制器可以，例如，基于测得的实际电力输出来估算实际累积电力输出，将其与预报进行比较，并确定是否需要提升一个或多个发电单元。此外，在确定需要提升一个或多个发电单元的情况下，发电厂控制器可以有利地选择提升哪个(些)发电单元。最后，由发电厂控制器为发电单元生成的控制信号可以在已经选择有关发电单元以进行提升的情况下包括提升信号。
该方法可以进一步包括选择一个或多个符合电力提升条件的可再生发电单元的步骤，并且只有当发电单元被选择为符合电力提升条件时，才可以执行提升发电单元的电力输出的步骤。根据这个实施方式，只选择具有必要品质或满足必要条件的发电单元以提供提升后的电力输出。因此，根据这个实施方式，可以通过只提升一些发电单元的产能来实现可再生发电厂的预报累积电力输出。
选择一个或多个可再生发电单元的步骤可以基于发电单元的疲劳水平。疲劳水平是衡量由应力的反复变化引起的材料的弱点的量度。诸如风力涡轮发电机上的转子叶片之类的受到反复弯曲的部件最后可能会出现裂缝，该裂缝最终可能导致部件断裂。通过首先选择带有最低疲劳水平的可再生发电单元，可以确保带有较高疲劳水平的可再生发电单元在其设计寿命之前不会磨损。
例如，在包括多个风力涡轮发电机的可再生发电厂中，风力涡轮发电机可能暴露在来自不同方向的风中。然而，面向主导风向的风力涡轮发电机与可再生发电厂其余部分中的风力涡轮发电机相比，特别是与远离可再生发电厂边界(即可再生发电厂的中央部分)的风力涡轮发电机相比，通常可能负载更大并且具有更高疲劳水平，因为这些风力涡轮发电机不直接面对入射风，无论风向如何。因此，可再生发电厂的中央部分中的风力涡轮发电机可能具有比可再生发电厂中的其余部分的风力涡轮发电机低的疲劳水平。因此，选择目前不面向入射风的风力涡轮发电机进行提升可能是合适的。
备选地或附加地，选择一个或多个可再生发电单元的步骤可以基于发电单元的提升历史。例如，以前没有被选择进行提升的发电单元，或者被选择进行提升的累积时间相对较短的发电单元，可以在过去经常被选择进行提升的发电单元之前被选择。因此，可以确保由提升引起的额外负载在可再生发电厂的发电单元之间适当地分担，从而可以获得发电单元的更均匀的磨损和/或疲劳水平。例如，可以确保每次需要提升时，没有一个发电单元被选择。
备选地或附加地，选择一个或多个可再生发电单元的步骤可以基于发电单元的当前产能。产出高电力输出的可再生发电单元可能已经接近其极限，而产出低电力输出的可再生发电单元可能离其极限更远。因此，增加已经产出高电力输出的可再生发电单元的电力输出可能会导致这些发电单元的过度磨损，而如果增加目前产出低电力输出的可再生发电单元的电力输出，则可能不会出现这种情况。
可以基于表明可再生发电单元符合电力提升条件的优先级列表来选择各个可再生发电单元。该优先级列表可以，例如，基于可再生发电单元的剩余寿命和/或年龄，并且可以事先制定，即在需要提升之前。在这种情况下，当需要提升时，优先级列表就在手边。因此，当确定需要提升时，可以立即从优先级列表中选择要提升的(一个或多个)发电单元。在可再生发电站的操作期间，优先级列表可以进一步持续更新。例如，与尚未提升和/或疲劳水平较低的可再生发电单元相比，已经提升和/或疲劳水平较高的可再生发电单元在优先级列表中的位置可能较低。选择风力发电单元以进行提升可以从排名最高的风力发电单元开始，到排名最低的风力发电单元。
因此，在需要提升的情况下，选择产出较低电力输出的可再生发电单元进行提升可能是一个优势，因为这些可再生发电单元在达到其极限之前可以更多地增加其电力输出，而不会造成过度磨损。因此，产出较低电力输出的可再生发电单元可以承担更多负载，而不会使预期寿命减少到设计寿命以下。
估算发电单元的实际累积电力输出的步骤可以包括估算在预先定义的时间间隔结束时的累积电力输出，假设电力输出在该时间间隔的剩余部分中保持不变。根据这个实施方式，在预先定义的时间间隔期间的某一时间点处，对预先定义的时间间隔的剩余部分估算累积电力输出，其中假定预先定义的时间间隔的剩余部分中的电力输出是恒定的。因此，所估算的是，如果发电单元在预先定义的时间间隔的剩余部分期间以相同的电力输出继续，特别是目前产出的电力输出，并考虑到已经产出的电力，那么在预先定义的时间间隔结束时，预期累积产能将会是多少。这是估算实际累积电力输出的简单易行的方式。
备选地或附加地，估算发电单元的实际累积电力输出的步骤可以考虑到已知和预期操作条件的变化。例如，诸如风速、风向、降水等气象条件可以使估算更加准确。
得出预报出的累积电力输出与估算出的实际电力输出之间的差异的步骤可以包括将预报出的累积电力输出在预先定义的时间间隔期间的特定时间点处的中间值与该特定时间点处的实际累积电力输出进行比较。根据这个实施方式，将在预先定义的时间间隔期间的特定时间点处已经产出的实际累积电力输出与对应于同一时间点的预报出的累积电力输出的中间值进行比较。因此，可以得出实际产能是否遵循预报的。在此基础上，可以确定是否可以预期在预先定义的时间间隔结束时达到预报出的累积电力输出。
该方法可以进一步包括重复测量发电单元的实际电力输出、估算实际累积电力输出和得出差异的步骤，以及该方法可以进一步包括在预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异低于预先定义的阈值的情况下停止电力输出的提升的步骤。
根据这个实施方式，在决定提升发电单元的产能之后，继续监测实际产能，并在稍后的时间点，但在预先定义的时间间隔结束之前，以上述方式得出新的估算出的实际累积产能，预报评估提升是否仍然有意义。
因此，如果事实证明，产能已经增加到现在有可能达到预报出的累积电力输出的水平而没有由提升提供的增加的产能，则停止提升。如果得出的差异低于预先定义的阈值，就是这种情况。因此，最小化发电单元的疲劳负载。
备选地或附加地，当预先定义的时间间隔过后，可以简单地停止发电单元的电力输出的提升。
因此，通过在该差异低于预先定义的阈值的情况下停止发电单元的电力输出的提升，可以确保仅在需要时提升发电单元的电力输出。
另一方面，如果事实证明，只有在继续提升后的操作的情况下才有可能达到预报出的累积电力输出，那么就不会停止提升。此外，如果新的累积电力输出低于预报出的累积电力输出，即使假设维持当前的提升水平，那么可以决定增加提升后的产能。在发电单元构成可再生发电厂的一部分的情况下，这可能包括选择一个或多个进一步的发电单元进行提升。
该方法可以进一步包括以下步骤：
接收表明需要增加向发电单元所连接的电网供应电力的信号，以及
响应于收到的信号，提升发电单元的电力输出。
根据这个实施方式，可以进一步响应于表明需要增加对电网的电力供应的信号来提升发电单元的电力输出。表明需要增加电力供应的信号可以是表明电力价格的价格信号。高价格可能表明缺乏电力，而低价格可能表明电力过剩。因此，如果价格信号增加到某个阈值以上，这可能表明需要增加电力供应，这足以证明发电单元的提升是合理的。
备选地或附加地，电网可以提供表明在出现故障、电网中的突发事件或一个或多个发电单元断开连接的情况下需要增加电力供应的信号。因此，例如，在电网中出现发电损失的情况下，可以提升发电单元的电力输出，以便稳定电网。
根据第二方面，本发明提供了一种可再生发电厂，包括多个耦连至电网的发电单元，其中每个发电单元适于向电网提供电力输出，其中按照根据本发明的第一方面的方法控制至少一个发电单元的电力输出。
因此，根据第二方面，本发明提供一种可再生发电厂。在本文中，应当将术语“可再生发电厂”解释为两个或更多诸如风力涡轮机、光伏电池等可再生发电单元的集合，该可再生发电单元适应于向电网提供电力输出，布置在有限的地理区域内，并可共享诸如通路、通信网络、变电站、电力电子装置、电网连接等各种形式的基础设施。按照根据本发明的第一方面的方法，即按照上述方式控制发电单元的电力输出。因此，上面提到的关于本发明第一方面的评论在这里同样适用。
至少一个发电单元可以是风力涡轮发电机。风力涡轮发电机是将由风产出的机械旋转动力转换为电力的发电单元。风力涡轮发电机通常具有携带机舱的塔架，机舱携带转子和一组安装在其上的风力涡轮机叶片。机舱可以包括诸如发电机、电力电子装置等电气装置。机舱可以进一步安装在塔架的顶部，但也可以安装在塔架的其他部分，例如，在风力涡轮机是包括两个或多个转子的多转子风力涡轮机的情况下。风力涡轮发电机可以是独立的风力涡轮发电机，也可以构成包括两个或更多风力涡轮机发电机的风电场的一部分。
备选地，发电单元可以是诸如一个或多个光伏电池、水力发电单元等另一种可再生发电单元的形式。
附图说明
现在将参照附图对进一步详细描述本发明，其中
图1是展示根据本发明的一个实施方式的方法的方框图，
图2是展示根据本发明的一个实施方式的方法的流程图，
图3示出按照根据本发明的一个实施方式的方法操作的风力涡轮发电机的两个功率曲线，
图4展示按照根据本发明的一个实施方式的方法操作的发电单元的产能，作为时间的函数，
图5展示按照根据本发明的第一实施方式的方法操作的可再生发电厂，
图6展示按照根据本发明的第二实施方式的方法操作的可再生发电厂，以及
图7是展示在根据本发明的一个实施方式的方法中使用的发电厂控制器的方框图。
具体实施方式
图1是展示根据本发明的一个实施方式的方法的方框图。与提升控制器2进行通信连接的预报单元1接收诸如按照该方法控制的发电单元(未显示)附近的温度、气压、湿度、降水、风速、风向等气象数据3。在此基础上，预报单元1得出发电单元在预定的未来时间间隔期间的累积电力输出的预报。预先定义的时间间隔可以由不同的时间尺度来定义，从几分钟到几天不等。预报出的累积电力输出是对发电单元在预先定义的时间间隔期间的预期产能的估算。向提升控制器2的求和点4供应以这种方式产生的预报，并可以进一步供应给提升控制器2的估算器5。
在预先定义的时间间隔的起始时，发电单元开始产出电力。监测产出的实际电力，将有关所产出的电力的信息提供给估算器5。还向估算器5提供与气象数据有关的信息。基于这些信息，估算器5估算发电单元在预先定义的时间间隔期间的实际累积电力输出。估算出的实际累积电力输出是发电单元在预先定义的时间间隔期间能够产出的总电力的预期量。
在预先定义的时间间隔期间的任何特定时间，可以从测得的发电单元的实际电力输出中得出自预先定义的时间间隔的开始以来已经产出的累积电力。然后，可以通过估算发电单元在预先定义的时间间隔的剩余部分期间预期会产出多少电力并将其与已经产出的电力相加来估算预先定义的时间间隔的实际累积电力输出。
将估算出的实际累积电力输出从估算器5提供给求和点4，在该求和点处，将由预报单元1提供的预报出的电力输出与估算出的实际累积电力输出进行比较，以调查是否有可能在预先定义的时间间隔结束时达到预报出的累积电力输出。
求和点4输出输入的代数和，即预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异。
将该差异从求和点4提供给构成提升控制器2一部分的提升决定器6。该差异是预期总产能与预报出的产能之间相差多少的量度。因此，差异可以表明估算出的实际累积电力输出与预报出的累积电力输出有多大的差距，从而表明是否预期在预先定义的时间间隔内可以满足预报。此外，该差异表明估算出的累积电力输出是高于还是低于预报出的累积电力输出。根据该差异，提升决定器6决定是否应当提升发电单元的电力输出。
在估算出的实际累积电力输出大于预报出的累积电力输出的情况下，预期总产能高于预报出的，因此存在产能的过剩。因此，除非有所改变，否则可以预期的是，发电单元在预先定义的时间间隔结束时提供的总电力输出高于预报出的，因此不会向发电单元发送提升信号。
在估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出的情况下，预期总产能低于预报出的，因此存在产能中的差距，可能无法实现预报出的电力输出。这可能会导致惩罚，特别是如果差异很大的话。因此，如果差异信号表明估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出，并且如果差异大于预先定义的阈值，则提升决定器6产生提升信号并将其提供给发电单元，以便使发电单元在预先定义的时间间隔的剩余部分中提升其产能。因此，充分增加发电单元的产能，以达到预报出的累积电力输出。
提升决定器6可以进一步接收表明电网中的电力需求的信号。在该信号表明电网中的电力需求的情况下，提升决定器6可以向发电单元发送提升信号，也使发电单元增加其产能。这可能，例如，在突然需要电力的情况下是有意义的。例如，在故障、突发事件或电网中的一个或多个发电单元断开连接的情况下，可能会出现负载与发电之间的不平衡。在这种情况下，可能需要来自发电单元的电力来稳定电网，因此可以提升发电单元的电力输出。
备选地或附加地，表明电网中的电力需求的信号可以是来自电力市场的表明电力价格的价格信号。高价格可能表明缺乏电力，而低价格可能表明电力过剩。
图2是展示根据本发明的一个实施方式的方法的流程图。该方法在步骤7开始，其中预报发电单元在预先定义的时间间隔期间的累积电力输出。可以例如以上述参照图1的方式执行累积电力输出的预报。
在步骤8中，在正常条件下，例如遵循设计功率曲线操作发电单元。在此期间，测量发电单元的实际电力输出。
在步骤9中，基于测得的发电单元的实际电力输出来估算预先定义的时间间隔中的实际累积电力输出。可以按上述参照图1的方式执行实际累积电力输出的估算。
在步骤10中，得出发电单元的预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异。可以按上述参照图1的方式得出该差异。
在步骤11中，调查估算出的实际累积电力输出是否低于预报出的累积电力输出，以及预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异是否高于阈值。在实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出并且差异高于阈值的情况下，这表明在预先定义的时间间隔结束时不会达到预报出的累积电力输出。因此，在这种情况下，将该过程推进到步骤12，其中在预先定义的时间间隔的剩余部分中提升发电单元的电力输出，以便确保达到预报出的累积电力输出。可以例如通过按照允许发电单元在额定功率以上操作的另一个功率曲线操作发电单元来获得提升。
在步骤11揭示实际累积电力输出高于预报出的累积电力输出或者预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异低于阈值的情况下，这表明有可能在预先定义的时间间隔结束时达到预报出的累积电力输出，因此没有必要提升发电单元的产能。因此，在这种情况下，该过程返回到步骤8，以在正常条件下继续操作。
图3示出按照根据本发明的一个实施方式的方法操作的风力涡轮发电机的两个功率曲线13、14。其中一个功率曲线13代表风力涡轮发电机的设计功率曲线。因此，在正常操作条件下，将会按照功率曲线13操作风力涡轮发电机。
另一个功率曲线14代表风力涡轮发电机的提升后的功率曲线。从图3可以看出，当根据提升后的功率曲线14操作风力涡轮发电机时，比根据正常功率曲线13操作风力涡轮发电机时获得更高的电力输出。这适用于低于额定风速的部分负载区域，以及高于额定风速的满负载区域。
风力涡轮发电机可以在正常功率曲线13与提升后的功率曲线14之间转换。例如，风力涡轮发电机可以在例如部分负载区域中遵循正常功率曲线13，然后接收表明应当提升风力涡轮发电机的电力输出的提升信号。在收到提升信号后，风力涡轮发电机可以转换到提升后的功率曲线14，并根据提升后的功率曲线14控制风力涡轮发电机的电力输出。当不再需要提升时，风力涡轮发电机可以转换回正常功率曲线13。
图4展示按照根据本发明的一个实施方式的方法操作的发电单元的产能，作为时间的函数。该图示出代表发电单元在没有提升产能的情况下的操作的实线16，以及展示以提升后的发电量进行发电的操作的虚线15。可以看出，在产能本来很低的时间间隔期间，产能得到了提升。
图5展示按照根据本发明的第一实施方式的方法操作可再生发电厂17。可再生发电厂17包括多个风力涡轮发电机18，图中示出其中的三个，可再生发电厂17连接至电网19。可再生发电厂17进一步包括发电厂控制器20，发电厂控制器20配置为基于来自电网19的要求并且基于由每个风力涡轮发电机18提供的信息来得出各个风力涡轮发电机18的控制信号，例如包括电力设定点，以便确保整个可再生发电厂17，即所有风力涡轮发电机18的组合，满足电网19的要求。因此，发电厂控制器20确保来自各个风力涡轮发电机18的贡献加起来达到可再生发电厂17的总要求产量。
发电厂控制器20至少执行要求保护的本发明的一些方法步骤，即该发电厂控制器估算实际累积电力输出，将其与预报进行比较，并确定是否需要提升一个或多个风力涡轮发电机18。发电厂控制器20进一步选择哪个风力涡轮发电机18需要提升，并将提升信号转发给选定的风力涡轮发电机18。因此，如上所述，可以履行对电网19的义务，并且可以避免惩罚。
图6展示按照根据本发明第二实施方式的方法操作可再生发电厂17。图6的可再生发电厂17与图5的可再生发电厂17非常相似，因此在此将不作详细描述。
图6的可再生发电厂17包括两种不同类型的可再生发电单元，即如上文参照图5所述的风力涡轮发电机18和至少一个光伏电池21。因此，在图5所示的实施方式中，发电厂控制器20以上述参照图5的方式向风力涡轮发电机18以及光伏电池21提供控制信号。因此，在确定需要提升的情况下，发电厂控制器20可以选择一个或多个光伏电池21进行提升，如果认为这是合适的。
图7是框图，展示在根据本发明的一个实施方式的方法中使用的发电厂控制器20。可以将图7的发电厂控制器20，例如，应用于图5和图6的可再生发电厂。
发电厂控制器20包括电厂提升控制功能22，该电厂提升控制功能接收一些输入数据，其形式包括电网的电力需求，一些形式为风力涡轮发电机18的可再生发电单元的实际测得的电力输出，诸如可再生发电厂附近的温度、气压、湿度、降水、风速、风向等气象数据，以及可再生发电厂在预先定义的未来时间间隔期间的累积电力输出的预报。
提升控制功能22例如以上述参照图1的方式处理收到的数据，并得出可再生发电厂内的每个风力涡轮发电机18的控制信号，控制信号表明是否应当提升各个可再生发电单元的电力输出。取决于所需的提升量，发电厂控制器20可以提升可再生发电厂内的一个或多个风力涡轮发电机18的电力输出，以避免可再生发电厂层面的预报误差，如上所述。
发电厂控制器20可以选择提升哪个(些)风力涡轮发电机18，以及选定的(一个或多个)风力涡轮发电机18的提升水平。在选择两个或多个风力涡轮发电机18进行提升的情况下，提升水平对于选定的风力涡轮发电机18可以是相同的，或者它们可以从一个风力涡轮发电机18到另一个有所不同。该(一个或多个)风力涡轮发电机18的选择可以基于，例如，各个风力涡轮发电机18的年龄和/或疲劳水平。

Claims (13)

1.一种控制发电单元(18，21)的电力输出的方法，所述方法包括以下步骤：
预报发电单元(18，21)在预先定义的时间间隔期间的累积电力输出，
测量发电单元(18，21)在预先定义的时间间隔期间的实际电力输出，
基于测得的发电单元(18，21)的实际电力输出来估算预先定义的时间间隔中的实际累积电力输出，
得出预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异，以及
在估算出的实际累积电力输出低于预报出的累积电力输出并且预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异大于预先定义的阈值的情况下，提升发电单元(18，21)的电力输出。
2.根据权利要求1的方法，其中，发电单元(18，21)是风力涡轮发电机(18)。
3.根据权利要求2的方法，其中，预报累积电力输出的步骤基于风力涡轮发电机(18)的位置处的气象预报。
4.根据权利要求2或3的方法，其中，提升电力输出的步骤包括改变风力涡轮发电机(18)的变桨控制策略。
5.根据权利要求2-4的方法，其中，提升电力输出的步骤包括改变发电机控制策略。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，发电单元(18，21)构成包括两个或更多可再生发电单元(18，21)的可再生发电厂(17)的一部分，可再生发电厂(17)耦连至电网(19)。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括选择一个或多个符合电力提升条件的可再生发电单元(18，21)步骤，以及其中，仅在将发电单元(18，21)选择为符合电力提升条件时执行提升发电单元(18，21)的电力输出的步骤。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，估算发电单元(18，21)的实际累积电力输出的步骤包括估算在预先定义的时间间隔结束时的累积电力输出，假设电力输出在时间间隔的剩余部分中保持不变。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，得出预报出的累积电力输出与估算出的实际电力输出之间的差异的步骤包括将预报出的累积电力输出在预先定义的时间间隔期间的特定时间点处的中间值与所述特定时间点处的实际累积电力输出进行比较。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，进一步包括重复测量发电单元(18，21)的实际电力输出、估算实际累积电力输出和得出差异的步骤，并且其中，所述方法进一步包括在预报出的累积电力输出与估算出的实际累积电力输出之间的差异低于预先定义的阈值的情况下停止提升电力输出的步骤。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，进一步包括以下步骤：
接收表明需要增加向发电单元(18，21)所连接的电网(19)供应的电力的信号，以及
响应于收到的信号，提升发电单元(18，21)的电力输出。
12.一种可再生发电厂(17)，包括多个耦连至电网(19)的发电单元(18，21)，其中，每个发电单元(18，21)适于向电网(19)提供电力输出，其中，按照根据前述权利要求中任一项的方法控制至少一个发电单元(18，21)的电力输出。
13.根据权利要求12的可再生发电厂(17)，其中，发电单元(18，21)中的至少一个是风力涡轮发电机(18)。
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